超材料受熱竟收縮！3D打印獨特微晶格結構顛覆常識

MIT工程師3D打印出的結構會受熱收縮（圖片來源：科技日報）

“熱脹冷縮”一詞或將改寫。美國勞倫斯利物莫爾國家實驗室（LLNL）25日發布公告稱，該實驗室工程師和麻省理工學院（MIT）、南加州大學、加州大學洛杉磯分校科學家合作，首次3D打印出受熱收縮的全新超材料。這個新型結構在降溫后還可恢復之前體積，能反復使用，適用於制作溫度變化較大環境中所需要的精密操作部件，如微芯片和高精光學儀器等。

傳統大體積材料的熱力學特性都表現為受熱膨脹、遇冷收縮，而這次獲得的超材料完全相反，它在受熱時會收縮。該材料是用聚酯和另一種摻雜銅的聚酯打印出來的微晶格結構，包含橫梁和空心點陣兩個部分，因不同材料受熱時相對位移不同，使得連接點處向內拉伸，帶動整個晶格結構向內拉伸，從而表現出獨有的熱收縮特性。

MIT力學工程教授方絢萊帶領的研究團隊承擔了該研究的3D打印部分的工作。方絢萊在接受科技日報記者郵件採訪中表示，他們採用的是顯微立體光刻3D打印技術，類似噴墨打印機和數字曝光機的結合。先將不同材料的液滴噴在一個透明窗口上，再通過數字投影機把圖案分別投射在需要固化的液滴背面。被光照過的區域就形成固體片狀結構，附著在一個樣品支架上，窗口上沒有曝光的液滴則被清除。如此反復，可以得到所需的復合材料。

方絢萊介紹，從每個單元來看，新結構類似斜拉橋的設計，只是伸縮性好的鋼筋換成了相對柔軟的樹脂，剛度大的橫梁變成了摻銅納米顆粒的樹脂。受熱時柔軟的樹脂先伸長，直到加固的橫梁也被拉動而相對錨定的位置轉動。總體上看，整個空心的點陣結構就呈現收縮。

這個新型結構適用於制作溫度變化較大環境中的精密部件，如避免熱脹冷縮造成焦距漂移的光學鏡頭﹔長時間使用發熱但不會影響穩定性的微型芯片﹔提高太陽能利用效率的器件﹔遇高溫食物能與真牙完美匹配的牙科填充物﹔甚至穿越太陽強熱照射的人造衛星等。（記者 聶翠蓉）

總編輯圈點

熱脹冷縮被認為是一種常識，本文超材料的熱收縮特性卻有點“反常識”，然而再細究一下發現，真正受熱發生變化的樹脂還是遵循了熱脹冷縮的常識，隻不過，獨特設計的結構呈現給觀察者相反的視覺效果。“假作真時真亦假，無為有處有還無”，科技的魅力就是這樣，環環相扣，引人入勝。